Jaki jest efekt hali kwantowej?

Efekt hali kwantowej jest dobrze przyjęta teoria fizyki opisująca zachowanie elektronów w polu magnetycznym w bardzo niskich temperaturach.Obserwacje efektu wyraźnie potwierdzają teorię mechaniki kwantowej jako całości.Wyniki są tak precyzyjne, że standard pomiaru oporu elektrycznego wykorzystuje efekt kwantowej Halla, który również stanowi podstawę pracy na nadprzewodnikach.

Efekt Halla, odkryty przez Edwin Hall w 1879 r., Jest obserwowany, gdy przechodzi prąd elektrycznościprzez przewodnik umieszczony w polu magnetycznym.Nośniki ładowania, które zwykle są elektronami, ale mogą być protonami, rozpraszają się z boku przewodnika ze względu na wpływ pola magnetycznego.Zjawisko to można wizualizować jako serię samochodów wypychanych na boki z powodu silnego wiatru podczas schodzenia drogą.Samochody zmierzają zakrzywioną ścieżkę, gdy próbują jechać do przodu, ale są wymuszone na boki.

Różnica potencjałów między bokami dyrygenta.Różnica napięcia jest dość niewielka i jest funkcją składu przewodu.Wzmocnienie sygnału jest niezbędne do stworzenia przydatnych instrumentów na podstawie efektu Halla.Ta nierównowaga potencjału elektrycznego jest zasadą sondy Hall, która mierzy pola magnetyczne.

Przy popularności półprzewodników fizycy zainteresowały się badaniem efektu Halla w tak cienkich folii, nosiciele ładunku były zasadniczo ograniczone do ruchu w dwóch wymiarach.Zastosowały prąd do folii przewodzących pod silnymi pola magnetycznym i niskie temperatury.Zamiast widzieć elektrony ciągnięte na bok na zakrzywionych ciągłych ścieżkach, elektrony nagle skakały.Były ostre piki odporności na przepływ przy poziomach energii właściwej w miarę zmiany siły pola magnetycznego.Pomiędzy pikami oporność spadła do wartości blisko zera, charakterystyka dla nadprzewodników o niskiej temperaturze.

Fizycy zdali również sobie sprawę, że poziom energii niezbędny do spowodowania skoku oporu nie był funkcją składu przewodnika.Piki oporowe wystąpiły w wielokrotnościach całościowych.Piki te są tak przewidywalne i spójne, że instrumenty oparte na efekcie hali kwantowej można wykorzystać do stworzenia standardów oporu.Takie standardy są niezbędne do testowania elektroniki i zapewnienia wiarygodnej wydajności.

Teoria kwantowa struktury atomowej, która jest koncepcją, że energia jest dostępna w dyskretnych, całych pakietach na poziomie subatomowym, przewidziała efekt hali kwantowej już w 1975 r.W 1980 r. Klaus von Klitzing otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za odkrycie, że efekt kwantowej Hall był rzeczywiście dokładnie dyskretny, co oznacza, że elektrony mogą istnieć tylko na ostro zdefiniowanych poziomach energii.Efekt hali kwantowej stał się kolejnym argumentem na poparcie kwantowej natury materii.